通过首次 SAM TMAH 实验揭示的火星多样有机分子

隐藏在火星岩石中的古老线索

对于任何想知道火星是否曾具备生命所需成分的人来说，这项研究提供了一个重要的新线索。借助搭载在 NASA 好奇号漫游车上的强大化学实验室，科学家们在大约 35 亿年前形成的岩石中发现了令人惊讶的多样碳基分子。这些发现并不能证明过去存在生命，但表明复杂有机物质在火星表面经受住了数十亿年的辐射和化学风化，得以保存下来。

作为移动火星实验室的漫游车

这些发现来自好奇号上的火星样本分析仪（SAM），该仪器可以加热钻取的岩石粉末并嗅探释放的气体。在这次实验中，漫游车钻取的是一种富含黏土的砂岩，名为 Mary Anning 3，属盖尔撞击坑格伦托里登区域的 Knockfarrill Hill 层系。这些岩石曾是古湖底或湖岸附近的沉积物，其黏土矿物在地球上已知有利于捕获和保存有机物。通过针对这样的岩石，团队希望获取埋藏已久的、来自火星遥远过去的化学线索。

为火星尘埃准备的特殊化学“浴”

该实验的不同之处在于使用了一种试剂——四甲基氢氧化铵（TMAH）。SAM 并非只是简单地将岩石放入烘箱加热，而是加入了这种强碱性液体后再加热混合物。在地球上，这种称为热化学裂解（thermochemolysis）的方法可以打破大型顽固的有机结构，并以便于检测的方式“封端”这些片段。在 SAM 内部，加热过程中释放的气体部分被直接测量，部分被捕集并在气相色谱柱中分离，然后由质谱仪分析以确定其成分。

火星有机分子的画廊

TMAH 处理揭示了 20 多种有机分子，这些分子在先前对同一岩石进行的更简单加热实验中要么未被发现，要么不明显。其中许多分子呈环状，包括类苯结构、两环化合物如萘，以及含硫杂环如苯并噻吩。有些分子带有含氧、氮或硫的取代基。团队甚至发现了含氮杂环的迹象，这类 N-杂环在其他情境中出现在诸如核酸等与生命相关的重要分子中。这些化合物的多样性和分子量表明它们可能是更大、古老的大分子材料的片段，而 TMAH 帮助将其分解开来。

区分源自火星的分子与漫游车自身的痕量物

最大挑战之一是将真正来自火星的物质与由仪器其它部件产生的分子区分开。SAM 的管路中含有自身的有机材料，自好奇号着陆以来就已知另一种试剂（MTBSTFA）有慢性泄漏。为了解开这些干扰，科学家将 Mary Anning 3 的实验结果与空白和清洗运行以及详细的实验室测试进行了比较。他们还在富碳的 Murchison 隕石上进行了匹配实验，将其作为曾经可能落在火星上的材料的模拟。许多在火星岩石中观察到的化合物，包括苯并噻吩和各种甲基化的环系，在对陨石进行 TMAH 处理并使大型碳网络分解时显示出相同的行为。与此同时，一些污染指示物并未出现，这加强了关键分子，尤其是较大芳环，为岩石本生（源自火星）的论点。

这些化学痕迹对火星意味着什么

总体而言，结果描绘出这样一幅图景：火星在其早期历史中存在复杂的碳基物质，其中一部分在表层岩石中持续保存了数十亿年。该研究并不声称这些有机物具有生物起源；它们可能来自陨石，来自水与岩石之间的非生物反应，或其他过程。但被保存下来的分子多样性——包括含硫与含氮物种及可能的 N-杂环——显示火星保留了一份化学上丰富的过去记录。此次首次原位 TMAH 实验证明，好奇号及未来的任务可以打开火星古老大分子材料。通过更优化的实验和即将登陆的漫游车与着陆器上搭载的新仪器，类似技术终有一天可能揭示那古老碳是否曾构成过生命系统的一部分。

引用: Williams, A.J., Eigenbrode, J.L., Millan, M. et al. Diverse organic molecules on Mars revealed by the first SAM TMAH experiment. Nat Commun 17, 2748 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70656-0

关键词: 火星有机物, 好奇号漫游车, 盖尔撞击坑, 天体生物学, 火星地质学